用大疆精靈4航測分别輸出正攝影和三維模型詳細教程

 

 

文章授權轉載于海洋GISer成長記

本文共分4部分

01.影像數據的獲取

02.Pix4D UVA正射教程

03.Pix4D Mapper傾斜三維教程

04.Contexcapture(Smart3D)傾斜正射教程

 

01
影像數據的獲取

 

近年來消費級無人機使用越來越普遍,用來幹測繪的門檻也越來越低。随便拿台大疆四旋翼無人機,配上免費的第三方航線規劃軟件,再用網上到處能下載的無人機影像處理軟件,就能輕松生成正射影像和傾斜三維模型。今天以大疆精靈系列無人機為例,主要介紹使用Pix4dCapture和Altizure軟件進行無人機正射和傾斜三維影像數據獲取,後續文章再單獨介紹無人機影像數據處理。

 

消費級無人機幹測繪 |從影像數據獲取到PIX4D,Smart3D正射傾斜三維生産教程

大疆精靈4 RTK版——無人機測繪神器

 

    大疆精靈4 RTK版使用介紹戳這裡

 

1、飛行前準備

首先準備一台大疆精靈系列無人機(精靈3和4普通版都可以),在手機或平闆電腦上安裝對應的DJI Go飛控軟件(現在都需要注冊一個賬号并登陸才能使用),在DJI Go軟件中做好常規的設置,比如飛行限高和遙控器操控手等,并确保固件已升級,可以正常飛行。

在手機或平闆電腦上安裝Pix4dCapture或Altizure,這兩款都是免費的app,在行業内使用比較廣泛。

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DJI GO軟件操控界面

 

2、Pix4dCapture軟件介紹

   Pix4Dcapture是瑞士Pix4D公司基于深圳大疆、法國Parrot消費級飛行器研發的一款航測數據智能采集軟件。軟件分為4個模塊:Grid(正射影像采集)、Double Grid(三維模型采集)、Circular(熱點環繞)、Free Flight(自由飛行)。 通過Pix4D公司的雲處理服務或桌面級專業數據處理軟件Pix4Dmapper,不僅可以制作正射影像圖、實景三維模型、還可以構建較為精細的單建築實景三維模型和建築立面影像,使消費級飛行器搖身一變,成為強大的地圖測繪工具。

    Pix4Dcapture是免費軟件,可以在安卓和IOS系統中運行(安卓版需要另外安裝Ctrl+DJI軟件),支持大疆精靈系列無人機(其他系列也有些支持);Pix4Dmapper為付費軟件(網上很多和諧版),可以桌面版運行也可以提交數據至雲服務平台運行,Pix4Dmapper軟件後續文章單獨介紹。

    使用Pix4Dcapture軟件之前,需要先啟動DJI GO軟件,确保無人機可以正常起飛。然後拔出USB數據線,重新連接,會出現下面的提示,千萬不要勾選“下次默認選擇此項,不再提示”,勾了就不再提示選擇軟件了,這裡選擇Pix4Dcapture軟件。

 

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啟動Pix4Dcapture軟件,需要先注冊并登陸Pix4D賬号。

 

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     登陸後,選擇使用的無人機型号後,彈出任務規劃界面,這裡提供多種類型的任務規劃。

 

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     上圖是Pix4Dcapture支持的任務選項,第一和第二個是正射航線規劃,第三個是三維航線規劃,第四個是環繞飛行,第五個是自由飛行(定時或定距拍照)。就測繪應用而言,正射航線規劃和三維航線規劃應用較多,但Pix4Dcapture的三維航線僅交叉航線(隻飛行2遍),相對于Altizure軟件飛行5條航線的三維效果而言,不建議使用Pix4Dcapture飛三維航線。下面主要介紹使用Pix4Dcapture軟件進行正射影像數據獲取。

    Pix4Dcapture軟件正射航線規劃支持多邊形和矩形範圍規劃,其中多邊形範圍規劃比較實用,可以通過手動設置飛行範圍,調整參數進行正射航線規劃。

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   正射航線規劃時,需要将無人機相機鏡頭設置成90度,垂直向下拍攝;設定飛行高度,為保證安全飛行以及影像分辨率,建議飛行相對高度設置在120m以内;航向重疊(Front overlap)設置70%以上,旁向重疊(Side overlap)設置成60%以上。設置完成後,保存任務,準備起飛。

 

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 Pix4Dcapture軟件進行上述檢查後,長按起飛按鈕3秒,無人機即可自動起飛并按照設定航線進行照片拍攝。以上起飛過程也支持先采用DJI GO軟件将無人機起飛懸停後,再切換到Pix4Dcapture軟件進行任務上傳,上傳後無人機根據設定航線執行飛行任務。

    無人機執行飛行任務過程中,通過Pix4Dcapture軟件可以随時監控無人機位置及狀态,是否拍照,飛行過程中電量不足也會自動提醒返航。   

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    飛行任務執行完後,無人機拍攝的照片存儲在無人機SD卡中,也可以将拍攝照片下載到手機或平闆電腦檢查拍攝效果,也可以直接将SD卡中的照片拷貝到電腦上查看。飛行POS數據記錄在對應的照片文件中。

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3、Altizure軟件介紹

    Altizure app是由 Altizure.com 設計的一款無人機輔助拍照軟件。Altizure軟件可以控制飛機在設定路徑上飛行并進行定時拍照,,以自動采集五個方向的圖片用作傾斜攝影,然後生成實景真三維模型,當然,也可以更有效地隻拍一個垂直方向生成正射影像。由于Altizure隻支持矩形範圍航線設計,因此正射航線規劃功能沒有Pix4Dcapture軟件好用,下面主要介紹使用Altizure軟件進行傾斜三維影像獲取。

    跟使用Pix4Dcapture軟件一樣,使用Altizure軟件前,先打開DJI GO軟件,确保飛機可以正常起飛,然後拔出USB連接線,并重新連接,進入Altizure軟件。

 

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   單擊左側最上面的按鈕進行航線規劃。

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 手動調整飛行範圍,設置飛行高度、航向重疊和旁向重疊等,軟件自動生成5條飛行航線,通過單擊下面的數字進行航線切換和信息查看。第一條航線是無人機垂直向下拍攝,第二到第五條航線是相機朝測量區域中心位置傾斜一定角度(45度左右)進行拍照。

 

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    航線設置完成後開始任務,單擊左側中間的起飛按鈕自動執行數據采集任務。當飛行完一條航線後,飛機會懸停在終點,Altizure軟件裡會彈出窗口詢問下一步操作。此時你可以查看電池電量來決定是否直接開始下一條航線飛行或是自動返航。消費級無人機幹測繪 |從影像數據獲取到PIX4D,Smart3D正射傾斜三維生産教程

    無人機飛行拍攝的照片同樣存儲在無人機SD卡中,需要拷貝到電腦中進行後續數據處理。

 

4、像控點測量

    以上介紹了使用Pix4Dcapture軟件和Altizure軟件規劃消費機無人機進行正射影像和傾斜三維影像的數據獲取,若想要後期處理得到高精度的正射影像或傾斜三維模型,還需要進行像控點測量(使用大疆精靈4 RTK版不需要測量像控點)。

    像控點測量通常使用GPS RTK進行,這個需要專業的儀器設備和測繪資質。像控點測量可以選取飛行區域明顯的地物特征點,如道路交叉點,明顯建築物拐點等,也可以飛行前自己布設像控點标志。像控點盡量均勻選取,并覆蓋整個飛行區域。

 

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像控點标志

    若不進行像控點測量,直接對無人機影像數據進行處理,也可以得到飛行區域各地物之間的相對位置關系,但是絕對位置存在10米左右的偏差。

 

5、小結

1)建議使用Pix4Dcapture軟件獲取正射影像,使用Altizure軟件獲取傾斜三維影像;

2)Pix4Dcapture和Altizure都需要配合DJI GO軟件使用,其中Pix4Dcapture安卓版還需要安裝Ctrl+DJI軟件,通過插拔USB連接線進行各軟件的切換,千萬不要勾選“下次默認選擇此項,不再提示”

3、不論通過何種軟件(第三方軟件或DJI GO手動拍攝)獲取的大疆無人機照片,其POS數據均已寫入到了照片的EXIF信息中,後期影像處理軟件都可以自動識别;

4、以上截圖及資料均來源于網絡,僅作學習交流用,如有侵權請告知。

 

02
 Pix4D UVA正射教程 

 

 

上篇文章“軟件經驗|使用消費級無人機幹測繪(二)Pix4Dmapper介紹”有些問題,主要是把Pix4UAV軟件直接當成了Pix4Dmapper軟件介紹。考慮到Pix4UAV軟件是Pix4Dmapper軟件的早期版本,雖然二者功能相似,但還是存在不一緻的地方。

 

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    Pix4UAV軟件是瑞士Pix4D公司的全自動快速無人機數據處理軟件,是目前市場上獨一無二的集全自動、快速、專業精度為一體的無人機數據和航空影像處理軟件。無需專業知識,無需人工幹預,即可将數千張影像快速制作成專業的、精确的正射影像和三維模型。

 

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     根據個人應用經驗,使用大疆消費級無人機照片生成正射影像優先推薦Pix4UAV軟件,理由是快速+專業+全自動。當然美國Bentley公司的ContexCapture(原來叫Smart 3D)軟件生成正射影像功能更強大,後續文章也會單獨介紹,但個人覺得Pix4UAV更适合普通玩家。

一、導入數據

1、新建項目

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2、添加照片,注意照片目錄不要有中文。

 

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3、自動識别照片POS信息,主要識别照片位置信息。

 

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4、照片添加完成後,将拍照點位顯示在地圖上。

 

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二、添加像控點

    單擊Georeference菜單下的"GCP Editor"子菜單,彈出下面對話框,根據現場測量像控點情況刺像控點。若沒有現場測量像控點,跳過該步驟,仍可進行正射影像拼接,隻是拼接的正射影像誤差相對較大,尤其是絕對位置偏差較大。

 

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三、拼接參數設置

     單擊Process菜單下的”Local processing“(本地處理)子菜單,在地圖界面下方會出現參數設置界面(Cloud processing是雲處理模式,需要購買賬号,然後将照片上傳到雲服務器上處理)。

1、Initial project processing(初始處理)可以選擇”Rapid“(快速)處理也可以選擇”Full“(高精度)處理,”Rapid“處理是快拼,速度快但處理精度相對較低;”Full“處理則相反,處理速度較慢,但精度較高。

 

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2、Point cloud densification(點雲/空三加密)中3D點雲加密可以選擇高、中、低三種,耗時依次減少。如果快拼的話建議選低加密模式。

3、Orthomosaic and DSM generation(正射影像和數字表面模型生成)該選項僅一個Resolution(分辨率),這個可以根據影像自動計算,無需手動設置。

 

四、質量報告

    設置完參數,單擊運行。運行完第一步(Initial project processing)後,在地圖窗口右側會生成Quality Report(質量報告)。

    質量報告包括整體情況介紹(相機型号,分辨率,覆蓋範圍,坐标系,投影以及運算耗時等)和質量檢查情況。

 

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    質量報告還包括空三加密前的正射影像和DSM預覽圖。

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    質量報告還包括照片拍攝的航迹點、航迹線以及拍攝起點(加粗的紅點為起點)。

 

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    質量報告還包括照片重疊度檢查,紅顔色表示重疊度不夠。

 

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質量報告還包括二維連接點示意圖,連線顔色越深代表連接點匹配越好。

 

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五、拼接結果

    拼接過程全自動,無需人工幹預。拼接完成後,正射影像(tif格式)會導出至指定目錄下,并加載到地圖窗口中,同時導出的文件還包括DSM文件(tif格式)和點雲文件(laz格式)等。

 

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    若對自動拼接的正射影像結果不滿意,單擊View菜單下的”Scene editor“子菜單,彈出場景編輯窗口。這裡提供的功能主要是替換生成正射影像或高程模型的照片。

 

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 以上,一幅正射影像已經拼接完成了,若要得到更高精度的正射影像,建議:

1、現場測量像控點并添加到Pix4UAV軟件中,可以較大程度提高正射影像精度,尤其是絕對位置精度;

2、Initial project processing(初始處理)選擇”Full“(高精度)處理模式,同時Point cloud densification(點雲/空三加密)中3D點雲加密選擇高加密模式,這種設置運行比較費時;

3、對初步生成的DSM進行手動編輯後再導入重新生成正射影像,該操作太專業,且需要第三方軟件;

4、選擇更高質量的相機鏡頭,當然,無人機平台也要随改變。

    但對于普通玩家而言,采用Pix4UAV軟件進行全自動快速拼接生成的正射影像已基本能滿足各種需求了。

 

 

03
Pix4D Mapper傾斜三維教程

 

 

 

上篇文章介紹了使用Pix4UAV軟件進行大疆消費級無人機正射影像拼接,今天主要介紹Pix4UAV軟件的升級版Pix4Dmapper軟件的常見功能,包括正射影像拼接和傾斜三維建模。

消費級無人機幹測繪 |從影像數據獲取到PIX4D,Smart3D正射傾斜三維生産教程

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     Pix4Dmapper是瑞士Pix4D公司的全自動快速無人機數據處理軟件,是目前市場上獨一無二的集全自動、快速、專業精度為一體的無人機數據和航空影像處理軟件。無需專業知識,無需人工幹預,即可将數千張影像快速制作成專業的、精确的二維地圖和三維模型,該軟件可從航拍片中利用攝影測量與多目重建的原理快速獲取點雲數據,并進行後期的加工處理。加工處理後的應用,可惠及不同行業,例如測繪、文物保護、礦業等等。應用領域包括航測制圖、災害應急、安全執法、農林監測、水利防汛、電力巡線、海洋環境、高校科研、軍事等多個領域。

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一、新建工程

    打開Pix4Dmapper軟件。

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    單擊“項目”-“新項目”子菜單,填寫項目名稱,存儲路徑等信息。

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    導入大疆無人機獲取的照片。

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軟件自動讀取照片位置信息。

 

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選擇3D地圖模闆為正射影像拼接,選擇3D模型模闆為傾斜三維建模。

 

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設置坐标系和投影,默認為WGS84坐标系,UTM投影,通常不需要修改。

 

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坐标系設置完成後,無人機照片根據拍攝位置展點到地圖上。

 

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單擊“項目”-“控制點/手動連接點編輯器”子菜單,添加像控點。沒有像控點數據也可以不添加。

 

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二、正射影像拼接

    單擊地圖窗口下面“本地處理”下的“選項”按鈕,彈出“處理選項”窗口,這裡可以進行各選項設置,通常無需手動設置,隻需要選擇對應的模闆。

 

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在“處理選項”對話框左下角有一個“加載模闆”按鈕,這裡内置了各種模闆對應的選項,隻需選擇模闆即可(内置模闆與新建項目中的“處理選項模闆”對應)。這裡選擇“3D地圖”或“3D地圖-快速/低分辨率”模闆,進入正射影像拼接功能。

 

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單擊“開始”按鈕,進入初始化處理階段,待該階段處理完成會彈出一個質量報告(質量報告詳細介紹戳這裡),同時自動進入下一步處理。

 

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處理過程可以查看三維視圖。

 

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處理完成後得到數字正射影像圖(DOM)。

 

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以及數字地表模型(DSM)。

 

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單擊“運行”菜單中的“生成谷歌地圖瓦片、KML和Mapbox瓦片”子菜單,可以将拼接的正射影像導出成KML格式的地圖瓦片,可以加載到谷歌地球軟件中查看。

 

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 以上,正射影像拼接工作已完成。

 

三、傾斜三維建模

   新建工程時,導入大疆無人機五個飛行航線獲取的傾斜三維照片,在處理選項模闆中選擇“3D模型”或“3D模型-快速/低分辨率”模闆,進入傾斜三維建模功能。

 

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傾斜三維照片拍攝位置展點圖。

 

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 單擊地圖窗口下面“本地處理”下的“開始”按鈕,自動進行初始化處理和點雲及紋理生成,與生成正射影像類似,初始化處理完成,彈出質量報告,并繼續生成點雲及紋理,待點雲及紋理生成完成後,在地圖窗口左側列表中,勾選“點雲”-“加密的點雲”,地圖窗口會顯示三維點雲疊加影像的三維預覽圖,如下圖所示。

 

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 截止到目前,隻生成了三維點雲數據,傾斜三維模型還未生成。需要單擊“運行”菜單下的“生成三維網格紋理”子菜單,待運行完成才能生成三維模型。生成的三維模型在項目路徑下的“2_densification”-

“3d_mesh“文件夾下,為obj格式,可以使用ContexCapture Acute3D Viewer軟件、3d max 軟件等通用三維軟件打開。

 

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以上,傾斜三維建模工作已完成。

 

四、經驗小結

1、非專業應用無需添加像控點,無像控點主要是絕對位置偏差稍大;

2、處理選項模闆中的“快速/低分辨率”模闆是快速處理模式,處理速度快很多,但是精度會差不少;

3、相同無人機數據情況下pix4dmapper傾斜三維建模精度比Contexcapture 軟件要差些,三維建模推薦使用Contexcapture 軟件。

 

 

04
Contexcapture傾斜三維教程

 

 傾斜攝影測量技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術,以大範圍、高精度、高清晰的方式全面感知複雜場景,通過高效的數據采集設備及專業的數據處理流程生成的數據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性,為真實效果和測繪級精度提供保證。三維建模在測繪行業、城市規劃行業、旅遊業、甚至電商業等的行業應用越來越廣泛,越來越深入。

 

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1、ContextCapture軟件介紹及對比

     ContextCapture是Bentley公司于2015年收購的法國Acute3D公司的産品。借助ContextCapture軟件,無需昂貴的專業化設備,隻需利用普通照片即可快速重建各種類型基礎設施項目的現狀三維模型。使用這些細節豐富的高精度三維實景網格模型,可在基礎設施項目的整個生命周期内為設計、施工和運營決策提供精确的現實環境背景參考。

    ContextCapture有兩個版本,一個是普通版ContextCapture,另一個是中心版ContextCapture Center。顧名思義,後者可以進行集群計算,而且提供了水面約束功能以及提供SDK,而普通版除了沒有這些功能外,對數據量也有要求。

 

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    目前比較主流的三維建模軟件除了Bently公司的ContextCapture外,還有俄羅斯Agisoft公司的PhotoScan,瑞士Pix4D公司Pix4Dmapper。這幾個三維建模軟件各有優缺點,PhotoScan比較輕量級,但是生成的模型紋理效果不是太理想,Smart3D生成的三維模型效果最為理想,人工修複工作量較低,但是軟件比較複雜,不易上手且價格較高,而Pix4Dmapper則位于二者之間。

 

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2、ContextCapture軟件安裝

    ContextCapture軟件包括Master(主控台)、Setting(設置)、Engine(引擎)、Viewer(浏覽)等幾部分,下圖為軟件安裝完成後桌面生成的快捷方式。

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    Setting: 一個中間媒介,它主要是幫助Engine指向任務的路徑。

    Master:主要的人機交互界面,相當于一個管理者,它創建任務、管理任務、監視任務的精度等。

    Engine:隻負責對所指向的Job Queue中任務進行處理,可以獨立魚Master打開或者關閉。

    Viewer:可預覽生成的三維場景和模型。

 

3、新建項目

    雙擊運行ContextCapture Master,出現如下界面。運行Master之前,最好先啟動ContextCapture Engine。

 

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單擊“New Project”新建項目。輸入項目名稱,存儲路徑等信息。

 

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 新建項目後,選擇Photos選項卡,然後單擊Add photos按鈕,添加要建模的無人機照片,照片添加完後,自動讀取照片位置信息。

 

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照片添加完成後,單擊Check image files按鈕,檢查照片文件。

 

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檢查完照片,選擇Surveys選項卡,單擊Edit control points按鈕,添加像控點,沒有像控點數據可以跳過該步驟。

 

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添加完像控點,選擇General選項卡,單擊右側的Submit  aerotriangulation按鈕,提交空三運算。

 

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  彈出空三設置流程,輸入空三項目名稱。

 

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設置照片位置和空間參考,大疆無人機照片自動位置信息,選擇默認的即可。

 

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   設置其他參數,通常默認,然後單擊Submit提交空三運算。

 

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此時,ContextCapture Engine開始運行空三任務。

 

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同時,ContextCapture Master軟件也顯示完成進度。

 

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4、三維模型構建

    

空三運算結束後,單擊右下方New reconstruction按鈕,開始構建三維模型。

 

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選擇Spatital framework選項卡,進行分塊設置,不分塊很難運行成功。

 

消費級無人機幹測繪 |從影像數據獲取到PIX4D,Smart3D正射傾斜三維生産教程

   

選擇General選項卡,單擊Submit New Production按鈕,提交新建産品。

 

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 對生成的産品命名。

 

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選擇産品類型,包括3D mesh(三維網格)、3D point cloud(三維點雲)、Orthophoto/DSM(正射影像/數字地表模型)等,三維建模的話選擇3D mesh,正射影像的話選Orthophoto/DSM,這裡選擇3D mesh,然後點擊下一步。

 

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生成的三維網格數據格式選擇,包括3MX、S3C、OSGB、OBJ、FBX和KML等等,這裡選擇默認的3MX格式,其他格式都可以,看具體需求。

 

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空間參考系統,通常選擇UTM投影。

 

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勾選需要建模的分塊後(默認全選),點擊下一步。

 

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選擇輸出目錄,然後單擊Submit,提交建模任務。

 

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 在左側目錄結構中選擇最後一個節點,可以查看建模進度。

 

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 運行完成後,3MX格式的三維模型導出在設置的成果目錄下,使用Acute3D Viewer 可以查看生成的三維模型

 

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上述三維格式若選擇的是KML,則運行結果可以加載到Google Earth軟件中。

 

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生成的三維模型加載到Google Earth軟件中。

 

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   以上,傾斜三維建模完成。

 

5、生成正射影像

    上述步驟生成完三維模型後,可以在此基礎上生成正射影像等。選擇General選項卡,單擊Submit New Production按鈕,提交新建産品。

 

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生成産品選擇Orthophoto/DSM,然後點擊下一步。

 

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這裡勾選Orthophoto和DSM,也可以根據需要隻勾選其中一項。

 

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空間參考系統,選擇UTM投影。

 

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選擇Orthophoto/DSM生成範圍,默認是生成全部範圍。

 

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選擇輸出路徑。

 

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若之前已生成3D mesh産品,則生成Orthophoto/DSM的速度會非常快,生成的成果用Global Mapper軟件打開,下圖為生成的正射影像。

 

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下圖為生成的DSM。

 

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    以上正射影像和數字地表模型生成完成展開

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    • avatar QQ遊客 0

      :twisted: :roll: :grin: 可以啊